Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế xã hội đến tài nguyên nước dưới đất vùng Gio linh, Quảng trị

Tài nguyên nước dưới đất chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội: mở rộng vùng sản xuất nông nghiệp, chặt phá rừng, phát triển kinh tế xã hội, ô nhiễm môi trường, thiên tai và biến đổi khí hậu ngăn cản sự di chuyển ảnh hưởng tới quá trình thấm, chất lượng của nước dưới đất [1]. Trong bối cảnh hiện nay, các yếu tố kể trên bị thay đổi nhanh chóng, kết hợp với những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên nước dưới đất và ảnh hưởng gián tiếp tới các đối tượng sử dụng nước [2]. Dải đồng bằng ven biển Việt Nam trải dọc 3.260 km đường bờ biển, là khu vực chịu tổn thương do thiên tai và BĐKH: tăng diện tích ngập lụt, khó khăn cho thoát nước, tăng xói lở bờ biển, nhiễm mặn nguồn nước,.[3]. Thực tế tại dải ven biển Miền Trung, trữ lượng nước ngọt có thể khai thác từ các tầng nông bị suy giảm, ảnh hưởng đến sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, giao thông, xây dựng, các đô thị và khu vực dân cư ven biển [4]. Về mặt khoa học và thực tiễn, nghiên cứu đánh giá sự suy giảm và khả năng đáp ứng của các TCN này đối với nhu cầu cấp nước theo các kịch bản BĐKH - NBD sẽ giúp các cơ quan hoạch định chính sách lập các quy hoạch phân bổ sử dụng nguồn nước hợp lý và tìm kiếm các phương án, nguồn nước thay thế [5]. Đồng bằng Gio Linh (tỉnh Quảng Trị) thuộc dải ven biển miền Trung, có chiều dài đường bờ biển là 15,5 km từ thị trấn Cửa Việt đến xã Trung Giang. Có ranh giới tự nhiên phía Bắc là sông Bến Hải, phía Nam là sông Thạch Hãn, sông Hiếu, phía Đông là biển Đông và phía Tây là đồi núi bazan. Đây là vùng đồng bằng trước núi ven biển, chịu ảnh hưởng các chế độ thủy văn của các con sông lớn Thạch Hãn, Bến Hải trong khu vực và chế độ hải văn của biển Đông [6]. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, thời kỳ thiếu hụt nước từ tháng 1 đến tháng 7, thời kỳ dư thừa nước từ tháng 8 đến tháng 12 [7]. Sử dụng nước rất khác nhau giữa các ngành sản xuất đặc thù: ngành nông nghiệp sử dụng 100% nguồn nước mặt; trong khi đó, ngành công nghiệp sử dụng 11% nước mặt và 89% nước ngầm, sinh hoạt sử dụng 100% nước ngầm [8]. Với 2 tầng chứa nước (TCN) chính là Pleistocen (qp) và Holocen (qh) hiện được khai thác phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất

187 trang | Chia sẻ: thientruc20 | Lượt xem: 300 | Lượt tải: 1

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế xã hội đến tài nguyên nước dưới đất vùng Gio linh, Quảng trị, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, MÔI TRƯỜNG VÀ KINH TẾ XÃ HỘI ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, MÔI TRƯỜNG VÀ KINH TẾ XÃ HỘI ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG Chuyên ngành: Địa lý tài nguyên môi trường Mã số: 9.44.02.20 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Phạm Quý Nhân 2. PGS.TS. Đặng Xuân Phong Hà Nội - 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu độc lập của tôi dưới sự hướng dẫn của các nhà khoa học có uy tín, nội dung luận án không trùng lặp với các công trình khoa học khác trước đây. Nếu có gì sai phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật Nhà nước. Tác giả luận án Trần Thành Lê iii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Khoa Địa lý- Học viện Khoa học và Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong sự cố gắng nỗ lực của Nghiên cứu sinh dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Quý Nhân (Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội) và PGS.TS. Đặng Xuân Phong (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Khoa Địa lý, NCS luôn được sự động viên giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý- Học viện KHCN, Ban chủ nhiệm đề tài hợp tác Việt- Bỉ, Khoa Tài nguyên nước- Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia và các bạn đồng nghiệp. Qua đây, nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn đến Khoa Địa lý (Học viện Khoa học và Công nghệ), Khoa Tài nguyên nước (Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội), Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Quỹ Nafosted, Quỹ FWO (Vương quốc Bỉ), Đề tài KHCN cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường Mã số TNMT2016.02.20” và Học viện Khoa học và Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Đặc biệt, nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến sự giúp đỡ tận tình và quý báu của thầy giáo PGS.TS Phạm Quý Nhân, PGS.TS Đặng Xuân Phong, TS. Vũ Thanh Tâm, PGS.TS Lại Vĩnh Cẩm, TS Đào Đình Châm đã tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, anh chị đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong quá trình làm luận án: ThS. Đỗ Dương Quảng, ThS. Nguyễn Thế Chuyên, ThS. Trần Vũ Long, ThS. Phạm Hoàng Anh, TS. Tạ Thị Thoảng, NCS. Ine Beyen, GS.TS. Okke Batelaan và nnk. iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................................. ii LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................................... ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................................... xii MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết luận án ................................................................................... 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................ 2 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................... 2 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................... 4 4.1 Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 4 4.2 Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................... 4 5. Các luận điểm bảo vệ .................................................................................... 4 6. Điểm mới của luận án ................................................................................... 4 7. Cơ sở tài liệu, số liệu nghiên cứu của Luận án ........................................... 4 7.1. Tài liệu tham khảo, cập nhật có nội dung liên quan đến luận án ............ 4 7.2. Các đề tài nghiên cứu, công trình khoa học NCS tham gia thực hiện có liên quan đến luận án ................................................................................................... 5 7.3. Tài liệu, số liệu do luận án bổ sung, tính toán trực tiếp .......................... 5 8. Cấu trúc luận án ............................................................................................ 6 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN MÔI TRƯỜNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT. ........................................................................ 7 1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu ảnh hưởng tự nhiên, môi trường BĐKH và NBD đến nước dưới đất. ......................................................................... 7 1.1.1. Trên thế giới ......................................................................................... 7 v 1.1.2. Trong nước ......................................................................................... 12 1.2 Cơ sở lý luận .............................................................................................. 15 1.2.1 Các vấn đề khoa học cần giải quyết trong bài toán đánh giá ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, môi trường, KTXH và BĐKH-NBD đến tài nguyên nước dưới đất. ............................................................................................................................. 15 1.2.2 Tổ hợp các công cụ và kỹ thuật được sử dụng để giải quyết bài toán đánh giá ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, môi trường, KTXH và BĐKH-NBD đến tài nguyên nước dưới đất. ............................................................................................... 17 1.3 Quan điểm, phương pháp và các bước nghiên cứu ................................ 27 1.3.1 Quan điểm nghiên cứu ........................................................................ 27 1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu ............................................................. 30 1.3.3 Các bước nghiên cứu .......................................................................... 31 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KTXH, MÔI TRƯỜNG, BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ. ........................................................... 33 2.1 Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất. ........................................................ 33 2.1.1 TCN lỗ hổng trầm tích gió biển Holocen trên (qh2) ........................... 33 2.1.2. TCN lỗ hổng trầm tích sông biển Holocen dưới- giữa (qh1). ............ 34 2.1.3. TCN lỗ hổng trầm tích sông biển Pleistocen giữa - trên (qp) ............ 34 2.1.4. Lớp cách nước Pleistocen giữa trên ................................................... 37 2.1.5. TCN lỗ hổng trầm tích hỗn hợp Pleistocen dưới - giữa (qp). ............ 37 2.1.6. Phức hệ chứa nước khe nứt hệ tầng Đồng Hới (Nđh). ...................... 37 2.1.7. Phức hệ chứa nước trầm tích Ocdovic trên - Silua dưới .................... 37 2.1.8 Tính toán tài nguyên nước dưới đất vùng nghiên cứu. ....................... 38 2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên tới tài nguyên nước dưới đất ................................................................................................................................... 42 2.2.1 Địa chất ............................................................................................... 42 2.2.2 Vị trí địa lý .......................................................................................... 47 2.2.3 Địa mạo ............................................................................................... 48 2.2.4 Khí hậu ................................................................................................ 50 vi 2.2.5 Thủy văn ............................................................................................. 52 2.2.6 Thảm phủ thực vật .............................................................................. 55 2.2.7 Đặc điểm thổ nhưỡng .......................................................................... 56 2.3 Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường .............................................. 59 2.3.1 Diễn biến mực nước các tầng chứa nước Đệ tứ trong vùng ............... 59 2.3.2 Diễn biến xâm nhập mặn .................................................................... 60 2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố kinh tế- xã hội ............................................... 64 2.4.1 Dân số ................................................................................................. 64 2.4.2 Các hoạt động kinh tế ......................................................................... 65 2.4.3 Hiện trạng sử dụng đất ........................................................................ 68 2.4.4 Hiện trạng khai thác sử dụng nước dưới đất. ...................................... 71 CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ CÁC ẢNH HƯỞNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỢP LÝ, BẢO VỆ TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ. ................................................................................................................. 75 3.1 Mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của BĐKH- NBD ............................ 75 3.1.1 Tạo chuỗi dữ liệu mưa vùng Gio Linh bằng phương pháp chi tiết hóa thống kê. .................................................................................................................... 75 3.1.2 Mô phỏng xác định lượng bổ cập bằng mô hình số thủy văn Wetspass theo các kịch bản BĐKH-NBD. ................................................................................ 86 3.2 Đánh giá lượng bổ cập. ............................................................................. 93 3.2.1 Xác định hệ số thấm bề mặt và đới thông khí bằng thí nghiệm đổ nước hố đào ........................................................................................................................ 93 3.2.2. Xác định quan hệ thủy lực nước mặt với nước dưới đất bằng thí nghiệm thấm Seepage. .............................................................................................. 95 3.2.3. Xác định quan hệ nước mưa với nước dưới đất bằng phương pháp cân bằng Clo .............................................................................................................. 96 3.2.4. Xác định con đường bổ cập và hướng di chuyển nước dưới đất bằng mô hình số 3D ......................................................................................................... 101 3.3 Mô phỏng và dự báo sự biến đổi mực nước, xâm nhập mặn theo các kịch bản BĐKH- NBD. ......................................................................................... 106 vii 3.3.1. Xây dựng đầu vào mô hình .............................................................. 106 3.3.2. Kết quả mô hình dòng chảy và mô hình dịch chuyển biên mặn nước dưới đất. ................................................................................................................... 111 3.3.3. Kết quả hiệu chỉnh bài toán ổn định ................................................ 113 3.3.4 Kết quả dự báo dự báo mực nước và sự dịch chuyển biên mặn nước dưới đất ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu ...................................................... 115 3.4 Đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất. ................................................................................................................................. 117 3.4.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn cho đề xuất .......................................... 117 3.4.2 Định hướng không gian sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất. ........................................................................................................................... 118 3.4.3. Định hướng các giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất. ................................................................................................................... 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................................ 137 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ............................................ a CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... b PHỤ LỤC ........................................................................................................................................... - 1 - viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa đầy đủ BĐKH Biến đổi khí hậu BĐKH-NBD Biến đổi khí hậu- nước biển dâng BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CMB Cân bằng Clo ĐC Địa chất ĐCTV Địa chất thủy văn DEM Bản đồ số độ cao ĐKTN Điều kiện tự nhiê KHXH Kinh tế xã hội KTSD Khai thác sử dụng KTTV Khí tượng thủy văn LCN Lớp cách nước M Modul dòng ngầm NBD Nước biển dâng NCS Nghiên cứu sinh NDĐ Nước dưới đất PTBV Phát triển bền vững QCVNXD Quy chuẩn xây dựng Việt Nam qh Holocen QL1A Quốc lộ 1A qp Pleistocen QT Quảng Trị SD Phương pháp chi tiết hóa thống kê TCN Tầng chứa nước TCN qh Tầng chứa nước Holocen TCN qp Tầng chứa nước Pleistocen TDS Độ tổng khoáng hóa TNN Tài nguyên nước TNTN Tài nguyên thiên nhiên VBqh Lỗ khoan Việt-Bỉ tầng chứa nước Holocen VBqp Lỗ khoan Việt-Bỉ tầng chứa nước Pleistocen XNM Xâm nhập mặn XTCĐ Xáo trộn chỉ định XTMĐ Xáo trộn mặc định XTTH Xáo trộn tổng hợp ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc và các quá trình thủy văn được mô phỏng trong mỗi ô vuông tính toán của mô hình WetSpasss .............................................................................................................................. 20 Hình 1.2. Sơ đồ khối mô tả tiến trình xây dựng xây dựng mô hình khối 3D địa tầng ĐCTV .. 27 Hình 1.3. Sơ đồ quy trình các bước nghiên cứu ............................................................................... 32 Hình 2.1. Bản đồ tài nguyên nước dưới đất và mặt cắt ĐCTV vùng nghiên cứu ....................... 41 Hình 2.2. Cấu trúc mặt cắt trầm tích Đệ tứ vùng biển Vĩnh Linh (Băng địa chấn nông T93-36 vuông góc với bờ), La Thế Phúc (2002) [64] ................................................................................... 42 Hình 2.3. Trầm tích sông cấu tạo thềm bậc 1 thống Pleistocen phân bố dọc phần trên cùng đồng bằng giáp núi. .............................................................................................................................. 44 Hình 2.4. Thành phần chủ yếu cuội sạn sỏi, dày từ 3-10m, phần đáy là đá gốc tuổi O3-S1 ....... 44 Hình 2.5. Bản đồ và mặt cắt địa chất vùng Gio Linh [5] ................................................................ 46 Hình 2.6. Sơ đồ vị trí vùng đồng bằng Gio Linh, Quảng Trị ......................................................... 48 Hình 2.7 Đồ thị tương quan giữa độ cao địa hình với mực nước ngầm tầng qh đồng bằng Bắc bộ và Bắc Trung bộ năm 1994 đến nay ............................................................................................ 49 Hình 2.8 Đồ thị tương quan giữa độ cao địa hình với mực nước ngầm tầng qp đồng bằng Bắc bộ và Bắc Trung bộ năm 1994 đến nay ............................................................................................ 50 Hình 2.9. Đồ thị lượng mưa trung bình trạm Đông Hà từ năm 2010 đến 2017.[7],[68] ........... 51 Hình 2.10. Đồ thị đặc trưng quan hệ nước mưa - bốc hơi vùng Gio Linh- QT [7] .................... 52 Hình 2.11. Dao động mực nước sông Thạch Hãn tại trạm Cửa Việt với mực nước quan trắc TCN qh tại giếng VBqh thời kỳ 2012-2016 [63] ............................................................................ 53 Hình 2.12. Bản đồ đất khu vực Gio Linh- Quảng Trị [69] ............................................................. 58 Hình 2.13. Đồ thị quan hệ nước dưới đất TCN Holocen với lượng mưa .................................... 59 Hình 2.14. Đồ thị quan hệ nước dưới đất TCN Pleistocen với lượng mưa ................................. 60 Hình 2.15. Biểu đồ đo TDS sông Thạch Hãn theo chiều rộng và sâu .......................................... 61 Hình 2.16. Biểu đồ đo TDS sông Bến Hải theo chiều rộng và sâu ............................................... 61 Hình 2.17. Sơ đồ hiện trạng XNM tại hệ thống sông Bến Hải, Thạch Hãn đo tháng 8/2016 theo độ sâu. ............................................................................................................................................ 62 Hình 2.18. Sơ đồ phân bố XNM TCN qh theo tài liệu ĐVL và khảo sát thực tế Gio Linh[63] ................................................................................................................................................................. 63 x Hình 2.19. Cơ cấu kinh tế năm 2016 và năm 2017. [68] ................................................................ 65 Hình 2.20. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực Gio Linh, Quảng Trị [69]............................ 70 Hình 3.1. So sánh lượng mưa (tính bằng mm) ngày lớn nhất, lượng mưa trung bình tháng và độ lệch chuẩn của chuỗi dữ liệu quan trắc, chuỗi dữ liệu tính theo 2 phương án XTMĐ và XTCĐ cho giai đoạn cơ sở 1961 - 2000 ........................................................................................... 78 Hình 3.2. So sánh độ dài trung bình (tính bằng ngày) của một đợt mưa trong tháng và độ lệch chuẩn của đợt mưa của chuỗi dữ liệu quan trắc, chuỗi dữ liệu tính theo 2 phương án XTMĐ và XTCĐ cho giai đoạn cơ sở 1961 - 2000 ........................................................................................... 79 Hình 3.3. So sánh độ dài trung bình (ngày) của một thời kỳ không mưa trong tháng và độ lệch chuẩn của thời kỳ không mưa của chuỗi dữ liệu quan trắc, chuỗi dữ liệu tính theo 2 phương án XTMĐ và XTCĐ cho giai đoạn cơ sở 1961 - 2000 ....................................................................... 79 Hình 3.4. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) theo kịch bản RCP4.5 trong các giai đoạn của thế kỷ 21 ......................................................................................................................................... 82 Hình 3.5. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) theo kịch bản RCP6.0 trong các giai đoạn của thế kỷ 21 ...............................